JP3860826B2 - 圧電装置および圧電装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は水晶振動子や弾性表面波素子等の圧電素子が収容された圧電装置およびその製造方法に関するものである。
従来、圧電素子、例えば水晶振動子を収容するための圧電素子収納用容器は、一般に酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面に水晶振動子を収容するための段状の凹部及び該凹部周辺より底面にかけて導出されたタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成るメタライズ配線層を有する絶縁基体と、同じく酸化アルミニウム質焼結体やガラス等の電気絶縁材料から成る蓋体とから構成されており、真空中において絶縁基体の凹部段差部に水晶振動子の一端をポリイミド導電性樹脂から成る接着剤を介して接着固定するとともに水晶振動子の各電極をメタライズ配線層に電気的に接続し、しかる後、前記絶縁基体の上面に蓋体を半田等の低融点ロウ材や有機樹脂から成る封止材を介して接合させ、絶縁基体と蓋体とから成る容器内部に水晶振動子を気密に収容することによって最終製品となる。
しかしながら、この従来の圧電素子収納用容器は一般に絶縁基体上面に蓋体を接合させる封止材として有機樹脂や半田等の低融点ロウ材が使用されており、有機樹脂を封止材として使用した場合、該有機樹脂は耐湿性に劣るため大気中に含まれる水分が封止材を通して絶縁基体と蓋体とか成る容器内部に入り込んでしまい、その結果、容器内部に収容する水晶振動子表面に水分が付着し、水晶振動子表面の電極を酸化腐食して水晶振動子の振動周波数にバラツキを発生させてしまうという欠点を有していた。
また前記封止材として低融点ロウ材を使用した場合、該低融点ロウ材にはフラックスが含有されており、絶縁基体と蓋体を接合させて容器内部に水晶振動子を気密に収容する際、封止材に含有されているフラックスの一部が容器内部に入り込んで内部に収容する水晶振動子表面に付着し、これが水晶振動子表面の電極を腐食して水晶振動子の振動周波数にバラツキが発生するという欠点を有していた。
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は絶縁基体と蓋体とから成る容器の気密封止を完全とし、且つ容器内部に収容される圧電素子の固定を確実、強固とするとともに圧電素子の電極に酸化腐食等が発生するのを有効に防止して圧電素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させることができる圧電装置を提供することにある。
本発明の圧電装置は、外部電気回路に電気的に接続されるメタライズ配線層が形成された絶縁基体と、導電性樹脂から成る接着剤を介して前記メタライズ配線層に電気的に接続された電極を有し、前記絶縁基体に収容された圧電素子と、前記絶縁基体に、酸化鉛３０重量％乃至５０重量％、フッ化鉛１０重量％乃至２０重量％、酸化ビスマス３重量％乃至１３重量％、酸化ホウ素１重量％乃至５重量％および酸化亜鉛１重量％乃至５重量％を含むガラス成分にフィラーとしてのチタン酸鉛系化合物が２５重量％乃至４５重量％添加された封止材を介して接合された蓋体と、を備えている。また、本発明の製造方法は、次の（ａ）〜（ｃ）の工程を有する。（ａ）外部電気回路に電気的に接続されるメタライズ配線層が形成された絶縁基体を準備する工程。（ｂ）前記メタライズ配線層上に導電性樹脂から成る接着剤を介して圧電素子を搭載し、前記接着剤に熱処理を施すことにより、前記圧電素子の電極を前記メタライズ配線層に電気的に接続する工程。（ｃ）前記絶縁基体に、酸化鉛３０重量％乃至５０重量％、フッ化鉛１０重量％乃至２０重量％、酸化ビスマス３重量％乃至１３重量％、酸化ホウ素１重量％乃至５重量％および酸化亜鉛１重量％乃至５重量％を含むガラス成分にフィラーとしてのチタン酸鉛系化合物が２５重量％乃至４５重量％添加された封止材を介して蓋体を搭置して、前記封止材を加熱させて前記絶縁基体と前記蓋体とを接合する工程。
本発明の圧電装置は、導電性樹脂から成る接着剤を介して前記メタライズ配線層に電気的に接続された電極を有し、前記絶縁基体に収容された圧電素子と、前記絶縁基体に、酸化鉛３０重量％乃至５０重量％、フッ化鉛１０重量％乃至２０重量％、酸化ビスマス３重量％乃至１３重量％、酸化ホウ素１重量％乃至５重量％および酸化亜鉛１重量％乃至５重量％を含むガラス成分にフィラーとしてのチタン酸鉛系化合物が２５重量％乃至４５重量％添加された封止材を介して接合された蓋体とを備えていることにより、封止材の耐湿性を極めて優れたものとなすことができ、大気中に含まれる水分が封止材を通して圧電素子が収容されている絶縁基体および蓋体からなる容器内部に入り込もうとしても、その入り込みは封止材で完全に阻止され、その結果、容器内部に収容された圧電素子に水分が付着し、圧電素子の表面に被着されている電極に酸化腐食が発生することはなく、これによって圧電素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させることが可能となる。
また前記ガラスから成る封止材はその内部に圧電素子の電極を腐食するようなフラックス等の含有がないことから、本発明の製造方法によって、絶縁基体と蓋体を接合させて容器内部に圧電素子を気密に収容する際、容器内部に圧電素子の電極を腐食するような成分が入り込むことは一切なく、これによって容器内部に収容する圧電素子の電極に腐食が発生するのを有効に防止して圧電素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させることが可能となる。
更に、前記ガラスから成る封止材はその加熱溶融温度が約３２０℃と低いため、絶縁基体に蓋体を接合させる際の熱によって導電性樹脂から成る接着剤を介して前記メタライズ配線層に電気的に接続された圧電素子が絶縁基体より外れることはなく、圧電素子の固定の信頼性を高いものとして圧電素子を常に正常、且つ安定に作動させることが可能となる。
次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の圧電装置における圧電素子として水晶振動子を適用した場合の一実施例を示し、１は電気絶縁材料より成る絶縁基体、２は同じく電気絶縁材料より成る蓋体である。この絶縁基体１と蓋体２とで水晶振動子４を収容するための容器３が構成される。
前記絶縁基体１は酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等の電気絶縁材料から成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）と成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
また前記絶縁基体１はその上面に水晶振動子４を収容するための空所を形成する段状の凹部１ａが設けてあり、該凹部１ａの段差部には水晶振動子４が接着剤５を介し接着固定される。
尚、前記接着剤５は、例えばポリイミド系導電性樹脂より成り、絶縁基体１の凹部１ａ段差部に接着剤５を介して水晶振動子４を載置させ、しかる後、前記接着剤５に熱硬化処理を施し、熱硬化させることによって水晶振動子４を絶縁基体１に接着固定する。
また前記絶縁基体１には凹部１ａの段差部より底面にかけて導出するメタライズ配線層６が形成されており、該凹部１ａの段差部に位置するメタライズ配線層６には水晶振動子４の各電極がポリイミド系導電性樹脂から成る接着剤５を介し電気的に接続され、また絶縁基体１の底面に導出された部位には外部電気回路基板の配線導体に半田等のロウ材を介しロウ付けされる。
前記メタライズ配線層６はタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成り、該金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体１の凹部１ａの段差部より底面にかけて従来周知のスクリーン印刷法により印刷塗布するとともにこれを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成し絶縁基体１に焼き付けることによって被着形成される。
尚、前記メタライズ配線層６はその露出する外表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、且つ良導電性である金属をメッキ法により１μｍ乃至２０μｍの厚さに層着させておくとメタライズ配線層６の酸化腐食を有効に防止するとともにメタライズ配線層６を外部電気回路基板の配線導体に半田等のロウ材を介しロウ付けする際、そのロウ付け強度を強固となすことができる。そのためメタライズ配線層６はその露出する外表面にニッケル、金等の金属を１μｍ乃至２０μｍの厚さに層着させておくことが好ましい。
前記絶縁基体１はまたその上面に電気絶縁材料から成る蓋体２が封止材７を介して接合され、これによって絶縁基体１と蓋体２とから成る容器３の内部に水晶振動子４が気密に収容される。
前記蓋体２は酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、サファイア、ガラス等から成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の原料分筒を従来周知のプレス成形法により椀状に成形するとともに該成形物を約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
また前記蓋体２を絶縁基体１に接合させる封止材７は酸化鉛３０重量％乃至５０重量％、フッ化鉛１０重量％乃至２０重量％、酸化ビスマス３重量％乃至１３重量％、酸化ホウ素１重量％乃至５重量％、酸化亜鉛１重量％乃至５重量％を含むガラス成分にフィラーとしてのチタン酸鉛系化合物を２５重量％乃至４５重量％添加したガラスから成り、絶縁基体１と蓋体２との間に封止材７を挟み込むとともに該封止材７を加熱溶融させることによって絶縁基体１と蓋体２とを接合させる。
尚、前記封止材７はガラスから成り、耐湿性に優れていることから大気中に含まれる水分が封止材７を通して容器３内に入り込もうとしてもその入り込みは封止材７によって完全に阻止され、その結果、容器３内に収容する水晶振動子４表面に水分が付着し、水晶振動子４表面の電極が酸化腐食するのを有効に防止して水晶振動子４を所定の振動周波数で振動させることが可能となる。
また前記ガラスから成る封止材７はその内部に水晶振動子４の電極を腐食するようなフラックス等の含有がないことから絶縁基体１と蓋体２とを接合させて容器３内部に水晶振動子４を気密に収容する際、容器３内部に水晶振動子４の電極を腐食するような成分が入り込むことは一切なく、これによって容器３内部に収容される水晶振動子４はその電極に腐食が発生することはなく、水晶振動子４を常に所定の振動周波数で振動させることが可能となる。
更に前記ガラスから成る封止材７はその加熱溶融温度が約３２０℃と低いため絶縁基体１に蓋体２を接合させる際の熱によって水晶振動子４が絶縁基体１より外れることはなく、水晶振動子４の固定の信頼性を高いものとして水晶振動子４を常に正常、且つ安定に作動させることが可能となる。
前記封止材７はそれを構成するガラスに含まれる酸化鉛の量が３０重量％未満となると封止材７の加熱溶融温度が高いものとなって絶縁基体１と蓋体２とを接合させる作業性が悪くなるとともに水晶振動子４の絶縁基体１への固定に悪影響を与え、また５０重量％を越えると封止材７の耐薬品性が劣化し、容器３の気密封止の信頼性が大きく低下してしまう。従って、酸化鉛の含有量は３０重量％乃至５０重量％の範囲に特定される。
またフッ化鉛はその含有量が１０重量％未満となると封止材７の加熱溶融温度が高いものとなって絶縁基体１と蓋体２とを接合させる作業性が悪くなるとともに水晶振動子４の絶縁基体１への固定に悪影響を与え、また２０重量％を越えると封止材７の耐薬品性が劣化し、容器３の気密封止の信頼性が大きく低下してしまう。従って、フッ化鉛の含有量は１０重量％乃至２０重量％の範囲に特定される。
酸化ビスマスはその含有量が３重量％未満となると封止材７の加熱溶融温度が高いものとなって絶縁基体１と蓋体２とを接合させる作業性が悪くなるとともに水晶振動子４の絶縁基体１への固定に悪影響を与え、また１３重量％を越えると封止材７の結晶化が進み流動性が悪くなって容器３の気密封止の信頼性が大きく低下してしまう。従って、酸化ビスマスの含有量は３重量％乃至１３重量％の範囲に特定される。
酸化ホウ素はその含有量が１重量％未満となると封止材７の熱膨張係数が絶縁基体１及び蓋体２の熱膨張係数と合わなくなって絶縁基体１と蓋体２とを強固に接合させることが困難となり、また５重量％を越えると封止材７の耐薬品性が劣化し、容器３の気密封止の信頼性が大きく低下してしまう。従って、酸化ホウ素の含有量は１重量％乃至５重量％の範囲に特定される。
酸化亜鉛はその含有量が１重量％未満であると封止材７の耐薬品性が劣化し、容器３の気密封止の信頼性が大きく低下してしまい、また５重量％を越えると封止材７の結晶化が進み流動性が悪くなって容器３の気密封止の信頼性が大きく低下してしまう。従って、酸化亜鉛の含有量は１重量％乃至５重量％の範囲に特定される。
フィラーとして含有されるチタン酸鉛系化合物はその含有量が２５重量％未満となると封止材７の熱膨張係数が絶縁基体１及び蓋体２の熱膨張係数と合わなくなって絶縁基体１と蓋体２とを強固に接合させることが困難となり、また４５重量％を越えると封止材７の流動性が悪くなって容器３の気密封止の信頼性が大きく低下してしまう。従って、フィラーとしてのチタン酸鉛系化合物の含有量は２５重量％乃至４５重量％の範囲に特定される。
かくして上述の圧電素子収納用容器によれば、真空中おいて絶縁基体１の凹部１ａの段差部に水晶振動子４の一端をポリイミド系導電性樹脂から成る接着剤５を介して接着固定するとともに水晶振動子４の各電極をメタライズ配線層６に電気的に接続し、しかる後、前記絶縁基体１の上面に蓋体２を封止材７により接合させ、絶縁基体１と蓋体２とから成る容器３内部に水晶振動子４を気密に収容することによって最終製品が完成する。
尚、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば上述の実施例では水晶振動子４を収容する圧電素子収納用容器を例に挙げて説明したが、これを水晶振動子４に変えて圧電磁器振動子や弾性表面波素子等を収容する圧電素子収納用容器にも適用可能である。
１・・・・・・絶縁基体
１ａ・・・・・凹部
２・・・・・・蓋体
３・・・・・・容器
４・・・・・・水晶振動子
５・・・・・・接着剤
６・・・・・・メタライズ配線層
７・・・・・・封止材
１ａ・・・・・凹部
２・・・・・・蓋体
３・・・・・・容器
４・・・・・・水晶振動子
５・・・・・・接着剤
６・・・・・・メタライズ配線層
７・・・・・・封止材
Claims (4)
- 外部電気回路に電気的に接続されるメタライズ配線層が形成された絶縁基体と、
導電性樹脂から成る接着剤を介して前記メタライズ配線層に電気的に接続された電極を有し、前記絶縁基体に収容された圧電素子と、
前記絶縁基体に、酸化鉛３０重量％乃至５０重量％、フッ化鉛１０重量％乃至２０重量％、酸化ビスマス３重量％乃至１３重量％、酸化ホウ素１重量％乃至５重量％および酸化亜鉛１重量％乃至５重量％を含むガラス成分にフィラーとしてのチタン酸鉛系化合物が２５重量％乃至４５重量％添加された封止材を介して接合された蓋体と、を備えた圧電装置。 - 前記絶縁基体がセラミックスからなることを特徴とする請求項１記載の圧電装置。
- 前記圧電素子が水晶振動子であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電装置。
- 外部電気回路に電気的に接続されるメタライズ配線層が形成された絶縁基体を準備する工程と、
前記メタライズ配線層上に導電性樹脂から成る接着剤を介して圧電素子を搭載し、前記接着剤に熱処理を施すことにより、前記圧電素子の電極を前記メタライズ配線層に電気的に接続する工程と、
前記絶縁基体に、酸化鉛３０重量％乃至５０重量％、フッ化鉛１０重量％乃至２０重量％、酸化ビスマス３重量％乃至１３重量％、酸化ホウ素１重量％乃至５重量％および酸化亜鉛１重量％乃至５重量％を含むガラス成分にフィラーとしてのチタン酸鉛系化合物が２５重量％乃至４５重量％添加された封止材を介して蓋体を載置して、前記封止材を加熱させて前記絶縁基体と前記蓋体とを接合する工程と、を有する圧電装置の製造方法。
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| JP2004324442A JP3860826B2 (ja) | 2004-11-08 | 2004-11-08 | 圧電装置および圧電装置の製造方法 |
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| KR101667934B1 (ko) * | 2015-07-08 | 2016-10-21 | 주식회사 베이스 | 레이저 감응용 유리 프릿을 이용한 수정 진동자 패키지 및 그 제조방법 |
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2004
- 2004-11-08 JP JP2004324442A patent/JP3860826B2/ja not_active Expired - Fee Related
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